Шверты, шверцы и руль

На тяжелых, глубоко сидящ
848o145i 080;х в воде парусных судах противостоящее дрейфу боковое сопротивление создается непосредственно корпусом. Корпус судна действует как крыло малого удлинения и, чтобы такое крыло работало, судно должно идти с некоторым углом дрейфа. На легких судах с незначительным заглублением угол дрейфа оказывается столь большим, что судно дрейфует боком. Для уменьшения угла дрейфа применяют дополнительные элементы: шверты и шверцы. Считают, что парусное судно хорошо уцентровано, если в средний ветер на курсе бейдевинд оно слегка приводится при поднятом руле. Чтобы обеспечить это, шверт или шверцы располагают по длине судна так, чтобы центр бокового сопротивления судна находился несколько впереди его центра парусности.

На швертботах обычно применяют плоские секторные шверты не устраняющие дрейф судна, но и не выламывающие швертовый колодец при наезде на мель. Среди яхтсменов бытует мнение, что дрейф неустраним в принципе. Однако это неверно. Дрейф яхт возникает из-за применения на них для создания силы бокового сопротивления килей и швертов симметричного профиля ориентированных в ДП судна. Если тот же киль развернуть под углом к диаметральной плоскости, то он создаст необходимую силу бокового сопротивления без дрейфа самой яхты. Такие самоустанавливающиеся шверты используют на надувных катамаранах.

Еще проще проблема дрейфа разрешается навеской на борта судна шверцев асимметричного профиля. Дж.Норвуд, рекомендующий шверцы, не без язвительности замечает:

в основном для изменения курса и может иметь небольшую площадь, что улучшает ходкость судна. Руль тем эффективнее, чем больше плечо на котором он работает; шверт и руль стараются разнести как можно дальше. Однако на судах с маленькими рулями возникают осложнения на полных курсах. Парус, стоящий поперек судна и вынесенный на фордевинде за борт, создает значительный приводящ
848o145i 080;й момент, противодействовать которому кроме как рулем нечем; для уверенного управления парусным судном на полных курсах необходимы рули большей площади чем на лавировке. Некоторые суда плохо делают поворот оверштаг, увеличение площади рулей помогает и в этом случае.

. Парусное вооружение - бермудский кэт 6 м; парус одет карманом на мачту и перекидывается на ту или иную оконечность лодки при смене галса. Управляется проа двумя шверт-рулями установленными на крайних поперечных балках; шверт-рули имеют асимметричный выпукло-вогнутый профиль. На ходу передний шверт-руль откинут назад под лодку и поднят из воды, работает только задний. Смена шверт-рулей при смене галса осуществляется легко, хотя это слегка занудливая процедура.

к продольной оси судна. Тримаран лавирует без дрейфа; на лавировке работает только подветренный шверц, плотно прижатый потоком воды к баллону корпуса. Наветренный шверц, не несущий нагрузки, отбрасывается от корпуса и поднимается из воды. Прижатие шверца к мягкому баллону предотвращает ухудшение обтекания корпуса из-за наличия шверца и вентиляцию самого шверца.

При смене галса на тримаране следует производить смену шверцев; это как и на проа затрудняет лавировку в узостях. Однако оказалось, что на такой короткой лавировке можно идти поставив оба шверца и не трогая их при смене галса. Наветренный шверц, стоящий под небольшим отрицательным углом атаки, не создает своей подъемной силы и не несет нагрузки, а его сравнительно небольшим сопротивлением в данном случае можно пренебречь.

Шверц работает как крыло и при движении судна создает силу бокового сопротивления

, (10)

где -заглубленная, находящ
848o145i 072;яся в воде площадь шверца. Гидродинамические коэффициенты шверца, его подъемная сила и индуктивное сопротивление, как крыла конечного размаха, определяются приводившимися ранее соотношениями

, (7)

где- эффективное удлинение шверца.

На ходу шверц создает силу бокового сопротивления равную аэродинамической силе дрейфа D. Соответственно, отношение площади шверца к площади парусности будет равным

. (11)

Входящ
848o145i 077;е сюда отношение скоростей судна и вымпельного ветра выражается через углы ис помощью формулы (2) треугольника скоростей. Имеем:

(12)

имеет и гидродинамическое качество , имеем (при )

На многих катамаранах для создания бокового сопротивления используют один центральный шверт, который, поскольку он должен работать на обоих галсах, по необходимости имеет симметричный профиль; обычно применяют профили типа NASA NASA Рули парусных судов также должны работать на обоих галсах; для них можно рекомендовать толстый симметричный профиль NASA NASA-0012 составляла 0,15, причем руль длинный; это необходимо, чтобы избежать потери управляемости тримарана при движении на крупной попутной волне из-за оголения пера руля.

На всех парусных судах традиционно применяют рули, шверты и шверцы, изготовленные из жестких материалов. Они громоздки и некомпактны; к тому же их симметричные профили малоэффективны. На ранее упоминавшемся гребном катамаране-велосипеде В.Полетайкина на транце одного из баллонов установлен для подруливания при гребле небольшой рулек, представляющий собой металлическую рамку, обтянутую тканью "Теза". Такой руль работает как парус: при перекладке его в ту или иную сторону ткань прогибается, и руль приобретает тонкий асимметричный профиль.

То, что рули и шверты можно делать мягкими из ткани по типу паруса, было осознано давно, но на практике дело до этого так и не дошло. Руль катамарана В.Полетайкина - первый реально работающий образец гидропаруса. Были также попытки сделать жесткие шверты изменяемого профиля, но их конструкция получается очень сложной.

Для шверцев, работающих только на одном галсе, целесообразно применять эффективные выпукло-вогнутые профили. В свое время я сделал для "Бриза" из стеклопластика выпукло-вогнутые шверцы с профилем G

Выпукло-вогнутые шверцы можно делать и из дерева; такие шверт-рули проа вытесаны топором и стамеской из обычной толстой доски -сороковки, отшлифованы, лакированы и вполне удовлетворительно работают.

Следует заметить, что на эффективных шверцах или швертах выпукло-вогнутого профиля, имеющих большую подъемную силу, возникает значительное разрежение, и возможен прорыв воздуха вниз по выпуклой стороне шверта; вокруг шверта может образоваться воздушная каверна. Она часто наблюдается, когда шверт работает на слишком больших углах атаки, особенно, если сорвано его обтекание. На "Бризе" вентиляция шверцев предотвращается тем, что они прижаты к мягкому баллону корпуса, действующему как уплотнитель. Там, где такого уплотнения нет, возможны осложнения.

Шверты, шверцы и рули - крылья конечного размаха, на оконечностях которых возникают краевые вихри, определяющие их индуктивное сопротивление; эффективность их работы зависит от их эффективного удлинения, которое, в свою очередь, определяется тем, как установлен шверт. Для свободного крыла полностью находящ
848o145i 077;гося в воде или в воздухе, имеющего прямоугольную в плане форму, площадь и хорду профиля b удлинение равно геометрическому . Если шверт стоит под днищем судна, и перетекание воды через его верхнюю кромку отсутствует, его эффективное удлинение вдвое больше геометрического.

Возникающие за крылом, парусом или швертом вихревая пелена и краевые вихри, с которыми связаны их подъемная сила и индуктивное сопротивление, в однородной среде, в воде или в воздухе, невидимы, но их можно наблюдать, если свободно стоящий шверт пересекает поверхность воды. По разным сторонам такого шверта возникает разность уровней воды; обтекающие его струи смыкаются за ним с перепадом уровней, и за швертом возникает мощная спирально закрученная струя воды - вышедший на поверхность краевой вихрь. Хотя перетекание воды через верхнюю кромку шверта в данном случае отсутствует, приповерхностный краевой вихрь дает свой значительный вклад в индуктивное сопротивление шверта. Эффективное удлинение шверта, пересекающего поверхность воды, существенно меньше, чем у шверта, прикрытого сверху днищем судна.

Уже упоминавшийся кризис обтекания, при котором сопротивление какого-либо тела, стоящего в потоке жидкости, резко падает с увеличением скорости потока, связан с переходом течения в пограничном слое на поверхности тела из ламинарного в турбулентное. Ламинарный пограничный слой неустойчив на выпуклых поверхностях и отрывается от них; срыв пограничного слоя вызывает за телом сильное вихреобразование и, соответственно, рост сопротивления. Турбулентный пограничный слой более устойчив, тело обтекается безотрывно с меньшим сопротивлением.

Параметром течения является число Рейнольдса Re Re Re

Явление кризиса обтекания хорошо известно в авиамоделизме и, поскольку летающие модели с их небольшими размерами и малой скоростью полета попадают как раз в кризисную зону, обязательно учитывается при выборе профилей их крыльев. Известно, что на моделях нельзя использовать авиационные самолетные профили, поскольку они теряют свои качества при малых скоростях полета. Нельзя слепо использовать приводящ
848o145i 080;еся в различных справочниках аэродинамические характеристики и поляры профилей, поскольку они верны только для тех чисел Re Re

Re